Hyperledger系列（四） Fabric 1.0架构介绍
简介
本文主要介绍了Fabric1.0中的重大变化和架构。
Fabric1.0版本中，把节点分为peers节点（维护state、ledger）和orderers节点（负责对ledger中的transactions达成共识）。在Fabric0.6和之前的版本中，没有这一概念。
介绍了Endorsing peers，它作为一类特殊的peers，负责同时执行chaincode和endorsing transactions。
新架构的优点
新架构有下面的优点：
* Chaincode信任的灵活性。
该架构将Chaincode的信任假设和ordering的信任假设分离开。
也就是说，ordering service可以被一组节点提供，并且容忍其中的一些节点fail或者出现异常；同时对于每一个Chaincode，endorsers都可以是不同的。
联系实际的使用场景，多个组织加入了同一个区块链网络中，并且各自提供了自己机器作为网络中的各种节点，这些节点可以配置成peers节点，也可以配置为orderers节点，是分散的。
如果网络中的所有peers和为orderers节点都在同一个组织中，如果这个组织的集群出现故障，那么会影响整个区块链网络，或者这个组织作弊，那么其它节点很难发现。
- 可扩展性
当不同的Chaincodes指定了不关联的endorsers，可以在endorsers间对Chaincode进行分区，并允许Chaincode的并行执行。
同时，Chaincode的执行可能消耗很大，把它从ordering service这个关键路径中移除是明智的。
- 保密性
该体系结构有助于部署，对于其交易的内容和状态更新具有保密要求的Chaincode。
- 共识机制模块化
该架构师模块化的，允许可插拔的共识机制实现（例如ordering service）
下面要介绍的内容，一部分是1.0版本中的，一部分是1.0版本以后的。
目录
Part I: Hyperledger Fabric v1架构相关的概念
系统架构
Transaction endorsement的基本工作流
Endorsement policies
Part II: 1.0版本后续架构的概念
- Ledger checkpointing (pruning)
1.系统架构
Blockchain运行的程序叫Chaincode。Chaincode是核心元素，因为transactions是对Chaincode上的操作的调用。
Transations 必须被“endorsed”，只有endorsed的transactions（被认可的交易）才能被提交。
会存在一个或多个特殊的Chaincode，来管理函数和参数，统称为system Chaincode。
1.1. Transactions
Transactions 有以下两种类型:
部署 transactions：创建新的chaincode，并把程序作为参数。 当一个部署 transaction 执行成功后, chaincode就被安装在了blockchain上。
调用 transactions：在上一步部署好的Chaincode上执行操作。Chaincode执行特定的函数，这个函数可能调用对相应状态的修改，并返回结果。
后面会介绍到，部署transactions是调用transactions的特殊情况，创建新Chaincode的部署transactions，对应于System Chaincode上的调用transaction。
注：本文没有介绍:
a) query (read-only) transactions 的优化 (包含在1.0版本中)。
b) 支持cross-chaincode的transactions (1.0后续版本中的特性。
1.2. Blockchain 数据结构
1.2.1. State（状态）
blockchain的状态是版本化的 key/value store (KVS), keys 是名字，values是任意的 blobs，版本号标识这条记录的版本。 这些数据项，由Chaincode通过put和get KVS-操作来管理. state是持久化存储的，对state的更新是被log记录的。
更具体点，state的模型是一个mapping K -> (V X N), :
- K 是一组keys
- V 是一组values
- N is 一组无限的，有序的版本号. Injective函数
next: N -> N根据N 返回下一个版本号。V和N都包含一个特殊的元素\bot, 这在N是最低元素的情况下. 初始情况下，所有的 keys 都映射为(\bot,\bot)。对于s(k)=(v,ver)我们使用s(k).value表示v, 使用s(k).version表示ver。
KVS 操作具体如下:
put(k,v), 把 blockchain 的状态s变成s'，像下面这样s'(k)=(v,next(s(k).version))get(k)返回s(k)
State 是被peers管理的（state就是存储在peer上的）, 而不是被orderers 和 clients。
State partitioning
KVS 中的Keys，可以从它们的名字，识别出属于属于哪一个特定的chaincode, 只有特定Chaincode的transaction，才能修改属于它的keys。 原则上, 任何 chaincode 都能够读取属于其它 chaincodes的keys。cross-chaincode的transactions, 即修改属于其它chaincodes的state是v1后续版本的功能。
1.2.2 Ledger
Ledger 提供所有成功的state改变，和不成功的尝试改变的历史。
Ledger 被ordering service (see Sec 1.3.3) 构建成一个完全有序的，（有效或无效）transaction 块组成的hash chain。 Hashchain 强加了ledger中blocks的完全有序性。每个block 又包含一个完全有序的transactions的数组， 这又整体上强加了所有transaction的完全有序性。
Ledger存储在所有的peers上, 也可以选择存储在几个orderers上。 在orderer的上下文中，我们将OrdererLedger统称为Ledger, 在 peer 的上下文中，我们将PeerLedger统称为Ledger。 PeerLedger 与 the OrdererLedger 不同，peers 本地维护着一个 bitmask 来区分有效transactions和无效transaction。(XX章节会详细介绍).
Peers 可能会修剪（去掉？） PeerLedger（ XX章节描述了这点，它是v1后续版本的特性). Orderers维护OrdererLedger，可以增加整个系统的容错性和可用性，并且可以随时决定修剪它，只要维护ordering service的属性即可。
Ledger允许重做所有transactions的历史记录，并且重建state。
1.3. Nodes（节点）
Nodes是blockchain的通信实体。一个"node" 仅仅是一个逻辑上的功能，多个不同类型的node可以运行在同一个物理server上。重要的是node如何分组在“信任域（trust domains）”中并与控制它们的逻辑实体相关联。
有三种类型的nodes:
- Client or submitting-client:
提交真正的transaction-invocation 到 endorsers, 广播 transaction-proposals 到 ordering service。
- Peer:
提交transactions ，维护state 和 ledger的拷贝（Ledger在每个peer上都有，且是同步的，某一个peer上的ledger，可能是从leader peer上同步过来的）。 除此之外，peer还有特殊的 endorser 角色。
Ordering-service-node or orderer:
运行实现了分发保证的通信服务，例如atomic 或者 total order 的广播.
1.3.1. Client（客户端）
客户端为了和blockchain通信，必须和peer连接。 The client may connect to any peer of its choice. 客户端创建，并从而invoke(调用) transactions.
第二章节会详细介绍, 客户端和 peers、 ordering service都会通信。
1.3.2. Peer
一个 peer 从ordering service那里，以block的形式，接收有序的state更新。并且维护state和ledger。
Peers 可以同时担当一个特殊的角色endorser。endorsing peer 的特殊功能是针对特定的chaincode，包含在一个transaction被提交前，对它背书、认可。 每个chaincode都可以指定endorsement policy（背书策略） （背书策略是引用一组endorsing peers的）。
策略定义了一个有效transaction endorsement(一般是一组endorsers的签名)的充分必要条件，二三章节会详细介绍这点。 在install Chaincode的部署transactions的特殊情况下，（部署）背书策略被指定为System Chaincode的认可策略。
1.3.3. Ordering service nodes (Orderers)
Orderers 组成了 ordering service, 它提供可靠的通信网络。 Ordering service 可以用不同的方式实现: 中心化的服务(主要用户开发和测试) 、分布式的方式（用来应对不同的网络和节点的容错性）。
Ordering service为clients 和 peers 提供一个共享的通信 channel， 提供一个包含transaction的消息的广播服务。 Clients 连接到 channel，并且可以在该Channel上广播消息，然后将消息传递给所有peers。 Channel 支持所有消息的原子分发（有序分发）。 换而言之, channel 对所有连接到它的peers，发送相同的、商业逻辑上有序的消息。 这种原子性的通信保证，也叫做全序广播, 原子广播, 或者分布式系统下的共识机制（我们通常都叫做共识机制）
。
通信的消息，就是会包含在blockchain state中的候选transaction。
Partitioning (ordering service channels)
Ordering service 可以支持多个channels ，就像发布-订阅消息系统一样。 Clients 可以连接到一个指定的channel，然后发送消息和获取到达的消息。 Channels可以被看做 partitions - 连接到一个Channel的Client不知道其他Channel的存在，但client可能连接到多个Channel。
尽管Fabric v1中的ordering service 的实现支持多个channels, 为了简化介绍，本文后面的内容，我们假设 ordering service 由一个单独的channel/topic组成。
Ordering service API
Peers通过ordering service提供的接口，连接到ordering service提供的Channel。Ordering service API 由两个基本操作组成(更通用的异步事件):
broadcast(blob): client 调用它来广播一条任意的消息块，在Channel上传播。deliver(seqno, prevhash, blob): Ordering service 在peer上调用这个接口，使用指定的非负整数序列（seqno）和最近交付的的blob（可以理解为操作transaction）的hash（prevhash）来发送消息blob。换而言之, 它是ordering service的输出event。deliver() 有时在pub-sub 系统中也叫做 notify() ，或者在 BFT 系统中叫做commit() 。
通常情况下，为了效率的提升, ordering service 会对 blobs 分组（分批次），然后在一个单独的deliver事件中输出blocks，而不是输出每个独立的transactions（也就是blobs）。在这种情况下，ordering service必须在每个block中，强加和传达一个确定的blobs的顺序。每个block中的blobs的个数可以被ordering service 动态指定。
在下文中，为了便于表达，我们定义订ordering service的属性（本小节的其余部分），并解释transaction endorsement的工作流程（第2节）（假设每个deliver事件有一个blob的情况下，解释的工作流）。 根据上面提到的一个block的blob的确定性排序，工作流的解释很容易扩展到Block。
Ordering service 属性
Ordering service 有如下的保证:
安全性（一致性保证）。尽管peers会断开连接或者宕机，但是它们会重新连接和启动。除非某些客client（或者peer）实际调用广播（blob），否则不发送 blob，并且最好每个Channel的blob只发送一次。此外,
deliver()事件包含上一次deliver()事件（prevhash）数据的加密hash。prevhash是 序列号为seqno-1的deliver()事件参数的加密hash。 这将在deliver（）事件之间建立hash chain，用于帮助验证ordering service输出的完整性，后面的第4节和第5节中会介绍。第一个deliver()事件的特殊情况下,prevhash有一个默认值。Liveness (delivery 保证)。 Liveness保证是由具体的ordering service实现达到的。准确的保证需要依赖网络和节点的容错性。
2. Transaction endorsement的基本工作流
下面我们概要介绍一下transaction的high-level请求。
注意：下面的协议没有假设所有的transactions都是确定的, 也就是说，它允许不确定的transactions。
2.1. client 创建一个 transaction 并且发送到它选择的endorsing peers
为了调用transaction, client 发送一个 PROPOSE 消息到它选择的一组endorsing peers(可能并不是同时 - 见 2.1.2. 和 2.3.节)。对于指定chaincodeID的endorsing peers组，client通过peer得到，对方又通过endorsement policy发现endorsing peers(详见3章节)。 例如, transaction 可以发送给一个指定chaincodeID的所有的endorsers。 这就是说, 一些endorsers 可以是offline的, 其它的可能反对并选择不支持transaction 。 发出Submitting 的client 会去满足可用的endorsers的政策表达 。
下面, 我们首先详细介绍PROPOSE消息格式，然后讨论submitting client和endorsers之间可能的交互模式。
2.1.1. PROPOSE 消息格式
一个PROPOSE的消息格式是：tx 是必须的 anchor 是可选的参数。下面详细介绍：
tx=
clientID是submitting client的ID,chaincodeID 指的是transaction所属的 chaincodetxPayload 是包含 submitted transaction本身的有效负载。timestamp 是由客户维护的单调递增（对于每个新transaction）整数。clientSig 是client 端的签名。
txPayload的细节，在调用transaction和部署transaction之间有所不同。
对于调用transaction，txPayload将由2个字段组成：txPayload = , operation 是指 chaincode 操作(函数) 和参数。metadata 是指和调用相关的属性。
对于部署 transaction, txPayload 由3个字段组成：txPayload = ,source 指的是chaincode的源码。metadata 指的是与 chaincode 和 application相关的属性。policies 包含与所有peer可访问的Chaincode有关的policies（政策），例如endorsement policies（背书政策）。
注意endorsement policies 不是部署 transaction中的txPayload提供的, txPayload 包含的是 endorsement policy ID 和它的参数(详见章节3)
- anchor 包含读取版本依赖关系，或更具体地说，key-version对（即，anchor是KxN的一个子集），它将
PROPOSE请求绑定或“anchor”到KVS中指定版本的key（请参阅第1.2节）。 如果客户端指定anchor参数，则endorser仅在读取其本地KVS，并匹配anchor中的相应key的版本号时，才认可transaction（更多详细信息，请参见第2.2节）。
tx的加密hash被所有节点用作唯一transaction标识符tid（即，tid = HASH（tx））。 客户端将tid存储在内存中，并等待来自endorsing peers的响应。
2.1.2. Message 模式
client定与endorsers的交互顺序。 例如，client通常会发送
2.2. Endorsing peer 模拟一个 transaction（交易） 并且 产生一个endorsement 签名
在接收到来自客户端的
通过调用Chaincode和endorsing peer本地的state，模拟一个transaction。
执行的结果是,endorsing peer计算出读取版本依赖(readset) 和 state 更新 (writeset)。
回想一下，state由key/value（k / v）对组成。 所有k / v条目都是版本化的。也就是说，每个条目都包含有序的版本信息，每次更新时存储在key下的version（版本）都会增加。 执行transaction的peer记录Chaincode访问的所有、读取或写入的k / v对。但peer尚未真正的更新其state。 进一步来说：
- 在endorsing peer执行transaction之前，给定一个 state
s,对于transaction读的每一个keyk,(k,s(k).version)对被加到readset中。 - 另外, 对于transaction的把每一个key
k修改成新值v'(k,v')对被加到writeset中。 或者，v'可能是新值到先前值（s（k）.value）的增量。
如果client在PROPOSE消息中指定了anchor，则client指定的anchor必须等于在模拟transaction时，由endorsing peer生成的readset。
tran-proposal是什么意思？？？
然后，peer内部tran-proposal(转发proposal)（也可能是tx）到它endorses transaction的逻辑部分，称为endorsing逻辑。 默认情况下，peer的endorsing逻辑，接受tran-proposal，并简单对tran-proposal签名。 然而，endorsing逻辑可以按照功能任意定义的，例如使用tran-proposal和tx与 legacy systems交互， 并使用它们判断是否endorse a transaction（是否认可一个交易）。
如果endorsing逻辑决定endorse a transaction了（认可一个交易）, 它发送 tx.clientID):
tran-proposal := (epID,tid,chaincodeID,txContentBlob,readset,writeset),
txContentBlob 是 chaincode/transaction 特定信息。 目的是将 txContentBlob 用作 tx 的一些表示(例如 txContentBlob=tx.txPayload)。
epSig是endorsing peer's 对tran-proposal的签名。
否则，如果endorsing逻辑拒绝endorse该事务，则endorser可以向submitting client发送消息（TRANSACTION-INVALID，tid，REJECTED）。请注意，在此步骤中endorser不会改变它的state。
2.3. Submitting client 收集一个transaction的 endorsement ，并通过ordering service把它广播出去
Submitting client 等到它接受到足够的消息（ "enough" messages） 和 statements的签名 (TRANSACTION-ENDORSED, tid, *, *) 才确定transaction proposal 是 endorsed（被认可的）。 像2.1.2节描述的那样, 这里可能调用一个或者多个 round-trips 和endorsers进行交互。
“engouh”的确切数量取决于chaincode的 endorsement policy（另见第3节）。 如果endorsement policy 得到满足，transaction就得认可（同意或者批准）;
请注意，它尚未提交。 从endorsing peers收集到的签名的TRANSACTION-ENDORSED消息，建立了由endorsement认可的transaction。
如果submitting client 没有设法收集transaction proposal的endorsement，它会放弃此transaction，并选择稍后重试。
对于有效认可的transaction，我们现在开始使用ordering service。 submitting client 使用广播（blob）调用ordering service，其中blob =endorsement（这里什么意思？？？）。 如果client没有直接调用ordering service的能力，它可能通过其选择的peer代理它的广播。 该peer必须被客户信任，它不会从endorsement中删除任何消息，否则transaction可能被视为无效。 但是请注意，代理peer可能不会编造有效的endorsement。
2.4. Ordering service发送 transactions到peers
当deliver(seqno, prevhash, blob)event 发生，并且一个peer已将所有状态更新应用于序列号低于seqno的blob时，peer执行以下操作：
- 它根据chaincode的策略检查
blob.endorsement是否有效。(blob.tran-proposal.chaincodeID) - 通常情况下，它还验证依赖性（
blob.endorsement.tran-proposal.readset）是否违反了（并发版本冲突检查）。 在更复杂的使用案例中，endorsement中的tran-proposal 字段可能有所不同，在这种情况下，endorsement policy（背书政策，第3部分）规定了state如何evolves（更新，发展）。
根据为状态更新，选择的一致性属性或“隔离保证”，可以用不同方式验证依赖关系。 除非chaincode 的 endorsement policy（背书策略）指定了不同的认证，否则可串行化是默认的隔离保证。 可以通过要求与readset中的每个key相关联的版本,等于该key在state中的版本（也就是执行transaction前的数据和真正提交时候再次读取的数据，应该是一致的，这说明在这期间，没有其它的transaction修改这个值）,以及拒绝不满足该要求的tranaction来提供可串行化性。
如果所有这些检查都通过，transaction被视为有效或committed。 在这种情况下，peer在PeerLedger的bitmask（位掩码）中将transaction标记为1，将
blob.endorsement.tran-proposal.writeset应用于区块链的state（如果tran-proposal是相同的，否则endorsement policy 逻辑定义了获取blob.endorsement的函数）。如果
blob.endorsement的endorsement policy验证失败，则该transaction无效，并且该Peer在PeerLedger的bitmask（位掩码）中将transaction标记为0。 要注意无效transaction不会改变state。
图1. transaction 流程图
3. Endorsement policies
3.1. Endorsement policy 规范
Endorsement policy可以参数化，这些参数可以由部署transaction指定。
3.2. endorsement policy的Transaction 评估
对于部署transaction，根据系统范围的策略（例如，从system chaincode）获得endorsement（背书、认可）。
endorsement policy指的是一些变量，可能下面几种：
- keys或与Chaincode相关的身份（Chaincode的metadata元数据中可以找到），例如一组endorsers;
- Chaincode的其它metadata数据;
endorsement的元素 和endorsement.tran-proposal;其它可能的内容。
上面的列表是，是按照复杂性来排序的。也就是说，节点的keys和身份策略相对简单。
对endorsement policy的评估必须是确定性的。 endorsement应由每个peer在本地进行评估，以便peer不需要与其他peer交互，但所有正确的peer以同样的方式评估endorsement policy。（具体点什么意思呢？endorsement policy 不应该是client端去评估的么？）
3.3 endorsement policies例子
predicate（断言语句）可能包含逻辑表达式，根据表达式评估为TRUE或FALSE。 通常情况下，该条件将使用由Chaincode发布的transaction调用发出的数字签名（digital signatures）。
假设Chaincode指定endorser集合E = {Alice，Bob，Charlie，Dave，Eve，Frank，George}。 一些示例策略如下：
来自E的所有成员的，同一份
tran-proposal中的有效签名。E.任何一个成员的有效签名。
一组满足条件的peer的，同一个
tran-proposal上的有效签名。
如条件：(Alice OR Bob) AND (any two of: Charlie, Dave, Eve, Frank, George)，7个endorsers中的任何5个，在同一个
tran-proposal上的签名。 （更一般地，对于有n> 3fendorsers的Chaincode，nendorsers中的任何2f + 1的有效签名，或者超过（n + f）/ 2endorsers的任何群组。假设endorsers有“权重、（或者叫做股权）”，如
{Alice = 49，Bob = 15，Charlie = 15，Dave = 10，Eve = 7，Frank = 3，George = 1}总权重（股权）为100：该政策要求拥有大部分股权（权重）的组合（即，合并股权严格超过50的组合）的有效签名。前面示例条件中的股权（权重）的分配可以是静态的（固定在Chaincode的元数据中）或动态的（例如，取决于Chaincode的状态并且在执行期间可以被修改）。
来自（Alice或Bob）的关于tran-proposal1的有效签名，以及来自（Charlie，Dave，Eve，Frank，George的任意两个）的关于tran-proposal2的有效签名。其中tran-proposal1和tran-proposal2仅在它们的endorsing peers 和state更新上不同。
这些政策的有用程度，取决于应用程序。解决方案针对endorsers的失败，或行为不当，的理想弹性（即处理方案）。
4 (v1后续版本的新功能). Validated ledger and PeerLedger checkpointing (pruning)
现在版本的ledger中，有效和失效的transaction都存在。后续版本中将推出Validated ledger，仅存储有效的transaction。
checkpointing功能将配合Validated ledger一起使用，帮忙替换掉无效的transaction，减少空间占用。
本文中有些名术语是基本等价的，像transactions和blobs，之所以没有统一为一个术语，是为了匹配上下文环境。文中有些疑问的地方，加了问好，明白了后会更新。
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本文主要根据官方架构文档，翻译而来
https://github.com/hyperledger/fabric/blob/release-1.1/proposals/r1/Next-Consensus-Architecture-Proposal.md
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